
- •В.В. Зеленцов основы технологии производства и ремонта автомобилей комплекс учебно-методических материалов
- •Содержание
- •1. Пояснительная записка
- •2. Рабочая учебная программа
- •Тема 9. Нормирование технологических операций обработки деталей
- •Тематический план дисциплины
- •3. Опорный конспект лекций
- •3.1. Понятие об изделии, производственном и технологическом процессах, предприятиях
- •Изделие и его составные части
- •Производственный и технологический процессы
- •Классификация автомобилестроительных производств и их краткая характеристика
- •Единая система технологической подготовки производства
- •3.2. Технологичность конструкции изделий
- •Основные понятия и оценка технологичности
- •Рекомендуемый перечень показателей технологичности конструкции по видам изделий
- •3.3. Получение заготовок
- •Технологические методы получения заготовок
- •Технико-экономическое обоснование выбора заготовки
- •Методы обеспечения точности обработки
- •3.4. Проектирование технологических процессов обработки деталей
- •Классификация технологических процессов и исходная информация для их разработки
- •Основные этапы и задачи, решаемые при разработке технологических процессов
- •3.4.3. Определение количественных характеристик производства
- •Определение последовательности операций по типовому или групповому технологическому процессу
- •Выбор режимов резания
- •Определение норм времени на обработку
- •Определение технологической себестоимости операции
- •3.5. Качество поверхностей деталей
- •Основные понятия
- •Формирование качества поверхности технологическими методами
- •3.6. Восстановление свойств автомобилей и их агрегатов
- •Меры по увеличению ресурса при ремонте
- •Влияние характера нагрузок на прочность материала новых и восстановленных деталей
- •Основные принципы организации и оптимизации авторемонтного производства
- •3.7. Дефектация деталей. Последовательность технологических операций восстановления деталей автомобиля
- •Технологические операции восстановления валов
- •Типовые технологические операции восстановления коленчатого вала
- •Технологические операции восстановления корпусных деталей
- •Технологические операции восстановления блоков цилиндров
- •3.8. Основы выбора процессов обработки деталей автомобилей при их восстановлении до максимально возможного послеремонтного ресурса
- •Влияние формы восстанавливаемой детали и структуры ее материала на усталостную прочность
- •Совершенствование процессов механической обработки деталей резанием
- •Химический состав сталей у10а, у11а и у12а
- •Свойства углеродистых инструментальных сталей
- •Состав легированных инструментальных сталей
- •Свойства некоторых марок легированных инструментальных сталей
- •Быстрорежущие инструментальные стали марок «р»
- •Химический состав некоторых марок быстрорежущих сталей маркировки «р» (Рапид)
- •Применение сталей «р»
- •Химический состав и свойства металлокерамических твердых сплавов
- •Технологические операции изготовления токарных резцов с твердосплавными пластинами
- •Свойства режущих пластин цм332
- •Упрочнение деталей при ремонте методами поверхностного пластического деформирования
- •Зависимость предела выносливости -1 после ппд от структуры и свойств материала
- •Совершенствование технологических процессов восстановления деталей электродуговой и газовой сваркой и наплавкой
- •Теплофизические свойства конструкционных материалов в зоне сварки
- •Влияние напряжения дуги на содержание азота и образование пор при сварке среднеуглеродистых сталей
- •Влияние условий сварки на расход газа q (л/ч)
- •Способы улучшения качества рабочих поверхностей деталей при восстановлении процессами металлизации
- •Скорости распыления воздуха по высоте н (мм) при вертикальном расположении металлизационного конуса
- •Характеристики твердости среднеуглеродистых сталей, упрочненных металлизационным покрытием
- •Размеры капель (%) при изменении силы тока
- •Совершенствование способов восстановления деталей методами гальванопокрытий
- •Режимы гальванопокрытий при восстановлении стальных и чугунных деталей
- •3.9. Нормирование технологических операций обработки деталей
- •Производительность труда и экономическая эффективность ремонта
- •Расчеты машинного времени для некоторых технологических операций восстановления деталей
- •Оптимизация режимов механической обработки при составлении технологических маршрутов восстановления деталей
- •Высота микронеровностей при различных способах обработки деталей
- •Нормирование технологических процессов сварки, наплавки и гальванопокрытий при восстановлении деталей
- •4. Контроль знаний Вопросы для самопроверки
- •Список рекомендуемой литературы
Теплофизические свойства конструкционных материалов в зоне сварки
Материал |
кал/(смсград) |
с кал/(гград) |
с кал/(см3град) |
а см/с |
Чугуны специальные (с=3,5…4,2%) |
0,065 |
0,11 |
1,05 |
0,06 |
Стали хромистые 30ХМ, 40Х и т.п. |
0,06 |
0,12 |
1,2 |
0,07 |
Стали хромистые 18ХНВ, 20Х13 и т.п. |
0,04 |
0,10 |
1,1 |
0,05 |
Алюминиево-магниевые, алюминиево-кремнистые сплавы |
0,44…0,45 |
0,22…0,24 |
0,60…0,62 |
0,9…1,05 |
Медь и медные сплавы |
0,85…0,90 |
0,09 |
0,92…0,95 |
0,93…0,96 |
Для определения боковых границ зоны нагрева и границ поперечного сечения сварочной ванны можно воспользоваться уравнениями Лапласа и Фурье, а для оценки скорости разогрева и остывания использовать критерии Фурье и Био.
Принимая направление вектора скорости Vсв в качестве координаты х для трехмерного температурного поля, для координаты у, перпендикулярной х, можно получить выражение для установившегося теплового режима, т.е. для времени =0:
,
(3.61)
где
;
;
–
законы изменения температур по осям x,
y,
z,
где z
–
«глубина» размещения точки температуры
в металле под сварочной ванной;
, (3.62)
где
– коэффициент температуропроводности;
– плотность металла;
2 = ;
–
набла-оператор;
– оператор Лапласа.
Таким образом, на основании выражений (3.61) и (3.62) закон изменения температуры с увеличением «глубины» металла по координате z можно считать близкими к экспоненциальному.
Критерий Фурье (Fo) и критерий Био (Bi) характеризуют скорость прогрева и остывания металла для каждой «точки нагрева»:
; (3.63)
, (3.64)
где – коэффициент теплопроводности (кал/(смсК)); – коэффициент теплоотдачи (Вт/(мК)); l – поперечные размеры тела (метр).
Поэтому, чем больше значение коэффициента и площадь поперечного сечения детали, тем быстрее осуществляется теплоотвод от зоны сварочной ванны и тем выше скорость остывания сварочного шва (Т/), что оказывает непосредственное влияние на качество и формы шва.
Использование флюсов и сред защитных газов при сварке замедляет скорость остывания шва, создавая более благоприятные условия для формирования оптимальной структуры его металла. Этой же цели могут служить различные способы подогрева шва после сварки и замедления темпов его охлаждения в термических емкостях, так называемых «копильниках», существенно замедляющих скорость охлаждения деталей, отремонтированных сваркой и наплавкой. При уменьшении диаметра электрода увеличивается потенциал ионизации в объеме сварочной дуги, что неблагоприятно сказывается на качестве шва (быстрое остывание, высокая твердость и хрупкость структуры наплавленного металла). Использование эффективных флюсов и защитных сред уменьшает потенциал ионизации и улучшает качество наплавленного металла так же, как и использование переменного тока.
Дефекты структуры шва, так же, как и дефекты отливок, могут быть описаны механизмами нарушения дислокаций. Для оценки дислокаций предложены методы Френкеля и Шоттки. По методу Френкеля механизм образования дислокаций описывается выражением (3.65). Эти дефекты характеризуют возникновения искажений кристаллической решетки материала в порах и «линиях сдвига» внутри структуры металла:
, (3.65)
где gF – свободная энергия образования дефекта по Гиббсу; Т – температура металла в зоне дефекта (К) для данного прямоугольного микроэлемента; k – постоянная Стефана-Больцмана; K – функция температуры и давления в зоне возникновения дефекта.
Следовательно, увеличение температурного градиента Т/, где – время воздействия температуры Т на металл, способствует увеличению количества вакансий в металле шва.
Дефекты по теории Шоттки возникают при выходе атомов кристаллической решетки из глубинных слоев структуры на поверхность застывающего металла и характеризуются выражением
, (3.66)
где n – равновесное количество дефектов; N – количество узлов в кристаллической решетке для элементарного объема; Т – температура металла (К); k – постоянная Стефана-Больцмана; Е энергия активации образования дефекта (для вакансии или межузельных атомов); ' – частота колебания соседних атомов в кристаллической решетке; 0 – эйнштейновская частота колебаний, 1013 Гц.
Таким образом, при пластической деформации, механической обработке, действии повышенных температур, электросварке вакансии образуются по механизму Френкеля, а образование вакансий при старении материала детали соответствует механизму Шоттки. Для улучшения качества наплавленного металла и предотвращения увеличения величины gF в выражении (3.65) необходимо: обеспечить высокую чистоту и однородность сварочного (наплавочного) шва путем эффективного применения флюсов и постоянства состава электродной проволоки; соблюдать точное выдерживание постоянного режима сварки по току, напряжению, температурам; в случае выгорания легирующих добавок использовать электроды с повышенным содержанием углерода для компенсации легирующих элементов в шве.
Для уменьшения количества дефектов по выражению (3.66) необходимо при ремонте сваркой применять такие материалы для сварочных работ, которые не будут увеличивать анодные потенциалы в металле деталей двигателя, восстановленных при помощи сварки и наплавки. Следует также стремиться не превышать, без производственной необходимости, предельные температуры технологических процессов сварки и наплавки, использовать меры для уменьшения скорости охлаждения сварочных и наплавочных швов. Для компенсации выгорания легирующих элементов при сварке и наплавки используют выражение для Сэ, при этом повышенное содержание углерода в сварочном шве обеспечивается составом электродной проволоки.
Эквивалентное количество углерода Сэ для компенсации выгорания легирующих добавок в стали учитывают пересчетом их содержания по выражению
. (3.67)
Указанные в данном выражении химические элементы могут быть восполнены также введением их в увеличенном количестве либо в состав электродной проволоки, либо в состав присадочных прутков при сварке неплавящимся электродом, например, при использовании постоянного сварочного тока прямой или обратной полярности.
Возникновение газовых пор в шве обычно связано с выделением азота, водорода или окиси углерода с металлом в момент его затвердевания. Азот и водород в зону сварки попадают из атмосферы, а окись углерода при сварке сталей и чугунов выделяется из металлов. От формы шва и размеров сварочной ванны (ширина/глубина) зависит легкость очистки шва от газов, следовательно, режимы сварки активно влияют на пористость шва (см. табл. 3.17). Для предотвращения попадания водорода в зону шва в состав сварочных флюсов вводят плавиковый шпат (CaF2) и кремнезём (SiO2) одновременно.
Таблица 3.17